(57)【要約】【課題】高メンテナンス性を有しつつ、劣化したキャリアを優先的に排出することにより、長期にわたる画像形成後でも初期の高画質・高安定を達成すること。【解決手段】電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体上に静電潜像を現像するための  トナーとキャリアから成る二成分現像剤を収容した現像装置を備える画像形成装置において、前記現像装置に補給するための前記トナー及び前記キャリアを収容した容器を有し、前記感光体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像室と攪拌室で構成される現像容器と、前記現像剤を攪拌搬送するために前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、上記攪拌室に設置された第２の搬送部材を有し、前記攪拌室若しくは現像室端部に、現像剤排出口を備えた円筒を有し、現像剤を前記現像剤排出口から排出する。【選択図】図６
2007033989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体上に静電潜像を現像するためのトナーとキャリアから成る二成分現像剤を収容した現像装置を備える画像形成装置において、
前記現像装置に補給するための前記トナー及び前記キャリアを収容した容器を有し、前記感光体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像室と攪拌室で構成される現像容器と、前記現像剤を攪拌搬送するために前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、上記攪拌室に設置された第２の搬送部材を有し、前記攪拌室若しくは現像室端部に、現像剤排出口を備えた円筒を有し、現像剤を前記現像剤排出口から排出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
劣化により表面の摩擦係数が大きくなったキャリアを前記円筒との摩擦により選択的に排出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して現像剤として使用する二成分現像方式が広く利用されている。
【０００３】
近年フルカラー複写機／プリンタの市場が拡大し様々な機能が要求されている中で、高画質高安定を追求した画像形成装置の要求が高まっており、今後市場の主流の１つになっていくと考えられる。
【０００４】
二成分現像方式は現在提案されている他の現像方式に比較して、画質の安定性、装置の耐久性等の長所を備えている一方、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であるため、画像形成装置の長期使用に伴い現像剤交換作業を行う必要がある。
【０００５】
この問題に対する解決策としては、例えば、特許文献１が提案されている。該提案には、「キャリアとトナーを撹拌する撹拌手段と、同撹拌手段で撹拌された現像剤を感光体へ供給する現像ロールとを備えた電子写真複写機用現像装置において、前記撹拌手段の上方にキヤリア補給装置とトナー補給装置とを分離し又は一体化して設け、現像装置ハウジングの側壁に現像剤溢出部を設けたため、新しい現像剤を前記補給装置により少しずつ補給するとともに前記現像剤溢出部より排出することができ、前記現像装置ハウジング内の現像剤の特性を一定に維持させることができ、その結果、複写物の画質も一定に保持させることができる。又、本発明においては、前記現像装置ハウジング内の古くなった現像剤は前記現像剤溢出部より順次自動的に排出されるため、従来のもののように、現像装置を複写機より外し、同装置のハウジング内の古い現像剤を取出し、新しい現像剤を再充填した後、再び現像装置を取付けるといった面倒な現像剤交換作業が不必要となり、しかも、現像剤飛散が防止されて衛生的である。」とある。
【０００６】
つまり、使用した現像剤（キャリア）を新しいものと徐々に入れ替えていくことで、見掛け上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が安定する。これによって現像剤交換という作業を不要にし、メンテナンス性を向上させているのである。
【０００７】
又、長期画像形成により劣化した現像剤（キャリア）を選択的に排出する手法も考案されている。例えば特許文献２があり、これには、「電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体上の静電潜像を現像するための、トナ−とキャリアから成る２成分現像剤を収容した現像装置であって、前記現像装置に補給するための前記トナー及び前記キャリアを収容した容器を備え、前記トナー及び前記キャリアを収容した容器から前記現像装置への前記２成分現像剤の補給と、前記現像装置から前記２成分現像剤の排出を感光体上に行う機構を有し、前記感光体上の静電潜像の画像形成時は、直流バイアスに交流バイアスを重畳した現像バイアスを前記現像装置に印加し、前記現像剤の排出時の現像バイアスは直流バイアスとし、該バイアスの設定値として、画像形成時の非画像部の感光体と現像スリーブの電位差よりも大きい電位差にすることで、表層にトナーがスペントして、抵抗値が高くなったキャリアを優先的に排出することを特徴とする画像形成装置とすることで、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性を有し、且つ、初期の画質を維持するという高画質高安定を、簡易な構成で実現し提供することができる。」とある。
【０００８】
つまり、長期画像形成後の耐久現像剤中には、キャリアの表面にトナーがスペントすることでキャリアの抵抗が高くなった劣化キャリアが存在する。この抵抗差を利用して、画像形成以外のタイミングでかぶり取りバイアスを大きくして像担持体上に劣化キャリアを選択的に排出するのである。
【特許文献１】特公平２−０２１５９１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４５１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記の提案に対してはそれぞれ以下のような問題点が考えられる。
【００１０】
特許文献１による現像剤排出方法では、劣化したキャリアと同時に補給されたばかりで未だ劣化していないキャリアも排出してしまう。よって、現像装置内に収容されるキャリアは、長期の使用に従って著しく劣化したキャリアと劣化が軽微なキャリアが混在した状態となる。そのため、見掛け上のキャリアの劣化進行は止まり、現像剤全体としては特性が安定するが、その安定するレベルは初期よりかなり悪化したレベルになってしまう。
【００１１】
つまり、上記の技術では現像剤の交換が不要になりメンテナンス性は向上するが、現像剤の特性としては低いレベルでの安定であり、高画質の維持という観点から十分な技術とはいえない。又、現像剤の排出を行うための、例えば、現像剤の排出経路等の画像形成には不必要な部材が必要となるため、画像形成装置のコストが高くなり、構造が複雑になってしまう。
【００１２】
一方、特許文献２は、上記の問題点を鑑みて提案されたものである。該提案による方法では、劣化キャリアを選択的に排出して新しいキャリアを補給するために、前記特許文献１の方法よりも高い画質を安定して維持することが可能である。
【００１３】
しかし、この方式では、像担持体上にキャリアを排出することにより転写装置やクリーニング装置等の当接部で像担持体に傷を付けてしまう虞や、転写装置の一部にキャリアが蓄積する虞があり、それらは画像不良の原因となり得る。これらの問題点は、キャリア排出手段を像担持体に近接させて配置する（特開２００３−３４５１３１号公報参照）ことにより解決可能ではあるが、やはり画像形成に不必要な部材が必要となり、装置が大型化してしまうというデメリットがある。更に、前記提案の方式では、抵抗値が高くなったキャリアを現像部に印加するバイアスにより排出する方式のため、複雑な制御を必要とする。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性を有し、且つ、初期の画質を維持するという高画質高安定を、簡易な構成で実現することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体上に静電潜像を現像するためのトナーとキャリアから成る二成分現像剤を収容した現像装置を備える画像形成装置において、
前記現像装置に補給するための前記トナー及び前記キャリアを収容した容器を有し、前記感光体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像室と攪拌室で構成される現像容器と、前記現像剤を攪拌搬送するために前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、上記攪拌室に設置された第２の搬送部材を有し、前記攪拌室若しくは現像室端部に、現像剤排出口を備えた円筒を有し、現像剤を前記現像剤排出口から排出することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、劣化により表面の摩擦係数が大きくなったキャリアを前記円筒との摩擦により選択的に排出することを特徴とする。
【００１７】
長期使用による現像剤の劣化は、（１）キャリア表面のコート剤が脱離するいわゆるコート剥れ、（２）キャリア表面にトナーが固着するいわゆるトナースペント及び（３）トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着するいわゆる外添剤付着の３つが主な原因である。
【００１８】
キャリアのコートは、キャリアの帯電性と表面の摩擦係数低減の役割を果たしている。
【００１９】
そのため、前記（１）のコートはがれによりキャリアは帯電能力が低下し、同時に表面の摩擦係数も大きくなる。又、トナーバインダーや外添剤は、トナーにキャリアとは逆極性の帯電量を維持させる役割を果たしている。そのため、前記（２）のトナースペントや前記（３）の外添剤付着によってもキャリアの帯電能力が低下することになる。
【００２０】
一般に粉体の集団での表面摩擦特性は、その粉体集団の流動性に対応し、安息角により表すことができる。安息角とは、粉体を水平な面上に落下させて小山を作製したときの、水平面と稜線のなす角を指す。粉体工学の分野において、安息角をθとしたときの粉体集団としての摩擦係数μは下記の（１）式で表される。
【００２１】
μ＝ｔａｎθ      …  （１）
安息角は粉体の流動性がよいほど小さな値を取る。即ち、それは、（１）式から分かるように表面の摩擦係数が小さいことを示している。
【００２２】
初期現像剤と劣化キャリアを含む現像剤の安息角を比較すると、劣化キャリアを含む現像剤の方が大きい。これは、キャリアのコートはがれにより表面の摩擦係数が高くなるためである。初期現像剤においては、キャリアの周囲には帯電したトナーが静電気力により付着する。そのため、現像器中において、新規キャリアはその表面積の大半をトナーに覆われた状態で存在する。
【００２３】
一方、キャリアは劣化すると上記のように帯電能力が低下するため、静電気力でトナーを保持できなくなる。そのため、現像器中においては、劣化キャリアは、トナー担持能力低下のために表面をトナーに覆われずむき出しの状態で存在する。トナー単体の流動性はキャリアよりも良いため、即ち、劣化キャリアは現像器中において最も表面の摩擦係数が大きい粉体ということになる。
【００２４】
図１（ａ）は本発明の方法による現像剤挙動の概念を表す。粉体を長手方向が横になった円筒形の容器内に収容し、容器を円筒の軸中心に回転させたとき、粉体は容器壁面につれられて回転方向に持ち上がり、或る限界の高さまで持ち上がると剤面を滑り落ちる。そのため、マクロには円筒の回転と同方向の回転運動をすることになる。粉体の回転運動は、容器の回転速度が小さいときはそれと同じ速さで回転するが、容器の回転速度が大きくなるに連れて壁面の動く速さに追従できなくなり、壁面の回転速度に比べて粉体の回転速度は遅くなる。その際、壁面−粉体の間には滑りを生じていることになる。
【００２５】
回転運動をしている粉体が持ち上がる高さは、現像剤の流動性により決まる。現像剤の全体の流動性が悪くなると、その分持ち上がる高さは高くなる。よって、初期の現像剤に比べて劣化したキャリアを含む現像剤の方が流動性が悪く全体に高く持ち上げられることになる。
【００２６】
図１（ｂ）に、円筒容器内で最も高く持ち上げられた現像剤に掛かる力を示す。最頂部の現像剤には、重力（大きさｍｇ）、壁面から押される向心力及びそれと同じ大きさの遠心力（大きさｍｒω2 ）、及び壁面との摩擦力（大きさμ’・ｍｒω2 ）が掛かっている。ここで、ｍは粉体の質量、ｇは重力加速度、ｒは円筒の半径、ωは角速度、μ’は粉体単体の摩擦係数である。ここで、この粉体に対して下向きに働く力はｍ・ｇであり、上向きに働く力は下記の（２）式で表される。
【００２７】
ｍ・（ｇ・ｃｏｓθ＋ｒ・ω2 ）・μ’・ｓｉｎθ      …  （２）        最頂部の粉体は、（２）式で表される上向きの力がｍ・ｇで表される下向きの力よりも小さくなると落下する。
【００２８】
最頂部の粉体の、表面の摩擦係数が著しく大きいと、上記（２）式中のμ’が大きくなり、上向きに掛かる力が下向きに掛かる力より大きくなる場合が生じる。すると、その表面の摩擦係数が著しく大きな粉体は、集団での回転運動から外れて更に壁面につられて上へと持ち上げられることになる。この現象は、粉体−粉体間の滑りの有無によらない。即ち、滑りを生じている場合μ’は動摩擦係数となる。
【００２９】
上述したように、現像器中の現像剤の中で、劣化が著しいキャリアほど表面の摩擦係数が大きい。本発明の方法は、上記のように、壁面と接しており全体の回転運動から壁面につられて上側へと外れた表面摩擦係数の著しく高いキャリアを現像器外へと排出することにより、劣化の著しいキャリアを選択的に取り除くことを可能にする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体上に静電潜像を現像するためのトナーとキャリアから成る二成分現像剤を収容した現像装置であって、前記現像装置に補給するための前記トナー及び前記キャリアを収容した容器を有し、前記感光体と対向して回転する現像剤担持体と、該現像剤担持体が担持する現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、現像室と攪拌室で構成される現像容器と、前記現像剤を攪拌搬送するために前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、上記攪拌室に設置された第２の搬送部材を有し前記攪拌室若しくは現像室端部に、内部に螺旋状のひだと現像剤排出口を備えた円筒を有し、劣化により表面の摩擦係数が大きくなったキャリアを前記円筒との摩擦により選択的に排出することで、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性を有し、且つ、初期の画質を維持するという高画質高安定を、簡易な構成で実現し提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３２】
図２及び図３は本実施の形態の現像装置を説明する図であり、図２は現像装置要部平面図、図３は現像装置要部断面図である。又、図４はこの現像装置を用いた画像形成装置を説明する図である。
【００３３】
先ず、画像形成装置の全体の動作について説明する。
【００３４】
図４において、先ず帯電器４１によって帯電された感光ドラム５表面をレーザー４２によって露光することで感光ドラム５上に静電潜像を形成し、この潜像を現像装置１によって現像することで感光ドラム５上にトナー像を形成する。このトナー像が転写帯電器４３による転写バイアスによって、転写ベルト４４によって搬送される記録紙４７に転写された後、記録紙４７は転写ベルト４４から剥離され、定着器４５によって加圧／加熱され、永久画像を得る。又、転写後に感光ドラム５上に残った残トナーは、クリーナー４６により除去され、次の画像形成に備える。
【００３５】
次に、図２及び図３に基づいて現像装置１について詳しく説明する。
【００３６】
現像装置１には、非磁性トナ−と磁性キャリアから成る２成分現像剤が収容されており、その混合比は重量比でおよそ１：９程度である。この比はトナーの帯電量、トナー粒径、キャリア粒径、画像形成装置の構成等で適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければならないものではない。
【００３７】
現像装置１は、感光ドラム５に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ３が回転可能に配置されている。磁界発生手段である固定のマグネット４を内包する現像スリーブ３は、非磁性材料で構成され、現像動作時には図３の矢印方向に回転し、現像容器２内の二成分現像剤を層状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム５と対向する現像領域に二成分現像剤を供給して、感光ドラム５に形成されている静電潜像を現像する。静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２内に回収される。
【００３８】
現像容器２は、長手方向両端の一部を除いてその中央を隔壁６により、現像室２ａ（現像スリーブ３に近い側）と攪拌室２ｂ（現像スリーブから遠い側）に分割されている。
【００３９】
現像室２ａには第１現像剤循環スクリュー７ａが、攪拌室には第２現像剤循環スクリュー７ｂが備えられており、現像剤は、これらスクリューにより現像容器２内を循環し、混合攪拌される。現像容器２内における現像剤循環の方向は、本実施の形態では図２においては、現像室２ａ側で右側から左側に向かう方向、攪拌室２ｂ側で左側から右側に向かう方向であり、図３においては、現像室側２ａで奥側から手前側に向かう方向、攪拌室側２ｂで手前側から奥側に向かう方向である。
【００４０】
現像室２ａの現像剤上流側端部には、一部に劣化現像剤排出口１３を備えた回転する円筒１２が備えられている。円筒１２の回転方向は、図３においては反時計回りであり、円筒１２の回転により劣化現像剤は回転方向に持ち上げられる。図５は劣化現像剤排出用円筒１２の構造を説明する図である。現像室２ａの隔壁６と反対側の壁面には、劣化現像剤を現像容器２の外側へ排出するための排出口１５が設けられている。円筒１２の内部には螺旋状のひだ１４が設けられており、円筒１２が回転すると現像剤はひだ１４により進行方向へと搬送される。
【００４１】
円筒１２の外径と攪拌室２ｂ壁面との隙間には、現像剤が存在する。円筒１２の回転により隙間に存在する現像剤が排出口１５から排出されることのないよう、排出口１５下部には現像剤返し１６が設けてられている。又、劣化現像剤排出時に排出口１３から飛び出した劣化現像剤が再び攪拌室２ｂに戻ることなく排出されるように、排出口１５上部には劣化現像剤返し１７が設けられている。
【００４２】
ここで、本実施の形態における劣化キャリア排出機構について詳細に説明する。
【００４３】
図６（ａ），（ｂ）は、劣化現像剤を現像容器２の外部へ排出する仕組みを表す。円筒１２の回転により、現像剤は円筒内で回転方向に持ち上げられ或る高さで崩壊するため、円筒と同じ方向に回転運動をする。排出口１５下部の高さよりも高く持ち上げられた劣化キャリアは、円筒の一部に設けられた排出口１３及び現像容器に設けられた排出口１５を通じて劣化剤回収容器１１内に回収される。排出のタイミングは、円筒の回転により排出口１３が排出口１５に到達したときであり、図６（ｂ）に示すように、劣化キャリアは排出口１３から飛び出し、排出口１５の現像剤返し１７に衝突して劣化現像剤回収容器に回収される。
【００４４】
現像剤の持ち上げられる高さは、（１）円筒壁面の摩擦特性、（２）円筒の回転速度、（３）現像剤の摩擦特性（＝劣化の度合い）の３つにより決まる。劣化した現像剤を選択的に排出させるためには、劣化キャリアを含む現像剤がマクロに回転運動しているその高さが、排出口１５よりも若干低くなるようにし、その回転運動から外れた劣化の著しいキャリアのみが排出されるようにしなければならない。（３）は使用する現像剤で決まるため、上述の条件は使用する現像剤の種類に応じて（１），（２）を変化させて作り出す。
【００４５】
円筒１２の回転速度は使用する現像剤に応じて決定するため、スクリュー７ｂの回転速度とは必ずしも一致しない。そのため、円筒１２は、スクリュー７ｂと別駆動とする。具体的には、円筒１２の回転軸１６は、スクリュー７ｂの回転軸の径よりも内径が大きい円筒であり、スクリュー７ｂは円筒回転軸１６の内部を通る構成とし、現像容器２外部でそれぞれを独立に駆動する。
【００４６】
現像剤カートリッジ８は、図７に示すように、略円筒形で画像形成装置本体から容易に脱着可能である。現像剤カートリッジ８を画像形成装置に手前側から挿入し、手前側の把手８ａを右側にひねることで回転し、現像剤補給口９が開口する。尚、現像剤カートリッジ８を画像形成装置から離脱する際には把手８ａを左側にひねることで開口部が閉じ、内包する粉体が外部に漏れることはない。又、現像剤カートリッジ８内には、補給される現像剤を攪拌するための攪拌部材１０が内蔵されている。図５に現像剤カートリッジ８の内部が一部示されているが、攪拌部材１０はこれに示したように樹脂フィルム等を螺旋状にしたものを剛体の軸で回転駆動するようにしたもので、適宜回転することで現像剤カートリッジ８内の現像剤を攪拌し、現像剤の補給を補助する。
【００４７】
画像形成によって消費された分のトナーは、攪拌部材１０の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ８から現像剤補給口９を通過して現像容器２内に補給される。
【００４８】
このようにして現像剤カートリッジ８から現像装置１に補給現像剤が補給される。この補給現像剤のトナー及びキャリアの混合比は重量比で１：９程度であるが、特にこの数値に限定されるものではない。即ち、現像容器２内の二成分現像剤の比に対してトナー量が圧倒的に多く、体積比を考えればトナー中にキャリアが微量混合されているものと考えることもできる。つまり、画像形成によって消費されたトナーを補う際に、微量のキャリアを徐々に補給していくことになる。補給される現像剤のキャリアの比が多くなれば同じ量のトナー補給でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像器１内の二成分現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャリアの消費量が多くなる。このため、それぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
【００４９】
又、トナー（及びキャリア）の補給量は、補給スクリューの回転数を制御することにより定められる。トナー補給量制御の方法としては二成分現像剤のトナー濃度を光学的或は磁気的に検知するものや、感光ドラム５上の基準潜像を現像してそのトナー像の濃度を検知する方法等、様々な方法が知られているので、何れかの方法を適宜選択することが可能である。
【００５０】
次に、本実施の形態における実施例について説明する。
【実施例１】
【００５１】
本実施例においては、二成分現像剤としては、トナーは球形の重合トナー（平均粒径６．８μｍ）で色はシアン、キャリアは球形の樹脂コートキャリア（平均粒径３５μｍ）を使用した（共にキヤノン社製、上市された複写機に使用されているもの）。上記二成分現像剤が使用されている複写機においては、総現像剤重量に対するトナー重量比（以下Ｔ／Ｄと記す）は８ｗｔ％を中心に制御されており、本実施例においてもＴ／Ｄ＝８ｗｔ％と設定し実験を行った。
【００５２】
本実施例に使用した二成分現像剤は、総現像剤重量に対するトナー重量比（以下、Ｔ／Ｄと記す）が８ｗｔ％の場合において、トナー帯電量（比電荷、以下Ｑ／Ｍと記す）の適正値が−２４〜−２７［μＣ／ｇ］である。尚、トナーの帯電量測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（ホソカワミクロン社製）を使用しており、３０００個のトナーの帯電量を測定してその平均値を代表値としている。
【００５３】
先ず、劣化キャリアを選択的に排出させるための、円筒１２の内壁及び駆動条件を設定する実験を行った。尚、粉体の集団としての摩擦係数はμは（１）式で表すことができるが、各粉体単体の表面の摩擦係数μ’やμｍオーダーの粉体と接触する面との摩擦係数を定量化する計測手段はない。そのため、本発明の方法においては、構成条件を経験的な値として求めた。
【００５４】
円筒１２の内壁は、円筒１２の回転時に現像剤を壁面に沿って持ち上げ、又、持ち上げられた現像剤を円筒外部へと排出するためは、円筒を高速で回転させたときに壁面と現像剤間に適度の滑りを生じさせる必要がある。これを実現するためには、本実施例で使用したキャリア径が平均６．８μｍであるため、凹凸が数μｍ程度の素材で構成するのが好ましい。本実施の構成においては、円筒１２の内壁に太さ約１μｍのポリエステル繊維からなる不織布を貼付した。無論、その方法はこの限りではなく、円筒１２の内壁自体に凹凸を設けるか、或は不織布以外の、数μｍの凹凸を実現する素材（スポンジ、ゴム、粒子等）を内壁に貼付する等の方法によっても実現可能である。
【００５５】
ここで、円筒１２内壁を上記の構成にしたときの最適な円筒１２の回転速度を見積もる。いま、図８（ａ）のように円筒の中心から真下の個所を０°とし、回転方向に持ち上がった現像剤の高さを角度θで表現する。本実施の形態の構成では、排出口１５下部の高さはθ＝１１０°であるため、円筒内で回転運動をしている耐久現像剤の持ち上がり角度をθｐとすると、θｐが１１０°より若干だけ小さくなるように回転速度を設定する必要がある。
【００５６】
上記の条件を満たす回転速度を決定するために、本実施の形態に用いたものと同じ円筒を使用して、回転速度と現像剤の集団としての持ち上がり角度θの関係を求めた。図８（ｂ）は円筒回転速度と現像剤持ち上がり高さの関係を示している。この結果を踏まえ、本実施例においては円筒の回転速度を１５０［ｒｐｍ］と設定した。尚、円筒の回転速度は、前述したように円筒壁面の摩擦、現像剤の初期及び耐久後の粉体特性、劣化現像剤排出口の高さで決定される。そのため、本実施例においては１５０［ｒｐｍ］に設定したが、数値はこの限りではない。
【００５７】
ここで、本実施例を上記の条件で駆動させたときに、劣化の著しいキャリアが選択的に排出される仕組みを、図９を用いて説明する。
【００５８】
円筒内では、現像剤は集団で回転運動をしている。このとき、本実施例においては円筒の回転速度は１５０ｒｐｍと十分速いため、壁面−粒子間には滑りも同時に発生しており、現像剤の集団の回転速度は壁面の速度よりも遅い。ここで、劣化の著しいキャリアが壁面と接していると、上述したようにそのキャリアは集団での回転運動から外れて更に上へと持ち上げられる（図９−ａ）。劣化が著しいキャリアは、表面の摩擦係数が大きいために集団の回転運動から離れていく。このとき、このキャリアの壁面に沿って動く速さは、壁面の動く速さよりも遅いので、円筒の現像剤排出口１３がこの劣化キャリアに追いついてくる（図９−ｂ）。排出口が劣化キャリアに追いついたとき、この劣化キャリアが現像容器の現像剤排出口１５よりも高い位置にあると、今まで壁面に沿った方向に運動をしていた劣化キャリアは円筒壁面から受けていた力を失うために、排出口から円筒外部へと出て行くことになる（図９−ｃ）。
【００５９】
次に、上記のような仕組みで劣化した現像剤がその摩擦特性の差異によって選択的に排出されていることを確認するため、本実施例の現像器を使用して以下のような実験を行った。
【００６０】
本実施例に使用した二成分現像剤が使用されている複写機において、キャリアを交換することなくベタ画像を５０００枚出画した後の現像器内のトナー帯電量を測定すると、キャリア劣化の帯電付与能力低下により平均でＱ／Ｍ＝−１９［μＣ／ｇ］程度に低下することが分かっている。
【００６１】
先ず、本実施例の現像容器２内に前記トナー及びキャリアをＴ／Ｄ＝８ｗｔ％で２００ｇ入れ、スクリュー７ａ及び７ｂを２分間空回転した後のトナー帯電量を測定した。次に、本発明の方法による現像剤の排出及び排出された分の新規キャリアと現像された分の新規トナーの補給を行いながらベタ画像を５０００枚出画し、その後の現像容器２内のトナー帯電量を測定した。更に、出画過程において排出されたキャリアを回収容器１１から２０ｇ取り出し、Ｔ／Ｄ＝８ｗｔ％となるように新規トナーを足して容量５０ｃｃのポリビンに封入し、振盪器にて１５０［回／分］で２分間振盪した後のトナーの帯電量を測定した。同時に、新規キャリア及び排出されたキャリアの安息角測定を行い、表面摩擦係数の変化を調べた。表１はそれぞれのトナー帯電量及びキャリア安息角測定の結果である。
【００６２】
【表１】
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表１の結果より、本実施例の現像剤補給・排出作用により現像器中の劣化キャリアが選択的に排出されること、及び該現像剤補給・排出作用により現像器内のトナー帯電量が適正値に保たれることが示された。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、現像器中の劣化キャリアの摩擦特性を利用して選択的に排出することができ、耐久後の現像器中のトナー帯電量を適正な値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態の現像装置要部平面図である。
【図３】本発明の実施形態の現像装置要部断面図である。
【図４】本発明の実施形態の現像装置を用いた画像形成装置を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態の劣化現像剤排出用円筒を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態の劣化現像剤排出作用を詳細に説明する図である。
【図７】本発明の実施形態の現像剤カートリッジを説明する図である。
【図８】本発明の実施形態における劣化現像剤排出用円筒において、初期現像剤および劣化現像剤を円筒内に入れて円筒を回転させたときの回転速度と現像剤高さの関係の測定結果を表す図である。
【図９】本発明の実施例において劣化現像剤が選択的に排出される仕組みを説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    現像装置
２    現像容器
２ａ    現像室
２ｂ    攪拌室
３    現像スリーブ
４    マグネット
５    感光体ドラム
６    隔壁
７ａ    第１現像剤搬送スクリュー
７ｂ    第２現像剤搬送スクリュー
８    現像剤カートリッジ
８ａ    把手
９    現像剤補給口
１０    現像剤補給個所
１１    現像剤回収容器
１２    劣化現像剤排出用円筒
１３    劣化現像剤排出口（円筒）
１４    現像剤搬送ひだ
１５    劣化現像剤排出口（現像容器）
１６    円筒回転軸
１７    現像剤返し
１８    劣化現像剤返し
４１    一次帯電器
４２    レーザー
４３    転写帯電器
４４    転写紙搬送ベルト
４５    定着装置
４６    クリーニング装置
４７    転写紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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